Каркасы одноэтажных зданий
Каркас одноэтажного промышленного здания состоит из фундаментов, колонн (стоек), несущих конструкций покрытия, подкрановых балок (при наличии кранового оборудования) и связей (рис. 208).
Рис. 208. Схемы каркаса одноэтажных промышленных зданий:
а — с поперечным перепадом высот; б — бескрановые пролеты; в — пролеты без фонарей с крановым оборудованием; 1 — фундаменты; 2 — фундаментные балки; 3 — пристенная колонна; 4 — колонна внутреннего ряда; 5 — консоли колонн; 6 — подкрановые балки; 7 — обвязочные балки; 8 — односкатная балка; 9 — двухскатная балка или ферма; 10 — рама фонаря; 11 — плиты покрытия
Для устройства самонесущих стен каркас дополняют фундаментными балками, иногда обвязочными балками и дополнительными стойками.
Основным материалом каркаса промышленных зданий является железобетон.
В некоторых случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании применяют стальной каркас, а иногда и смешанный, в котором колонны и несущие конструкции покрытий выполнены из разнородных материалов.
Железобетонные каркасы
Наиболее распространены сборные железобетонные каркасы, элементы которых принимают по действующим каталогам унифицированных сборных железобетонных изделий для одноэтажных производственных зданий.
Колонны сборного железобетонного каркаса воспринимают вертикальные нагрузки от покрытия, веса подкрановых балок, крановые нагрузки, горизонтальные нагрузки от торможения кранов и ветра. Сочетание нагрузок вызывает в колоннах внецентренное сжатие.
Рис. 209. Основные типы железобетонных колонн в эксплуатируемых зданиях:
а — Г- и Т-образные монолитные колонны; б — сборные крановые колонны (двутаврового сечения и двухветвевые); в — то же, крайние и средние для бескранового пролета; г — крановые колонны прямоугольного сечения; 1 — закладные стальные пластины; 2 — анкерные болты; 3 — консоль; 4 — крановая консоль; 5 — оголовок; б— ствол; 7 — ветвь
Сборные железобетонные колонны эксплуатируемых в настоящее время одноэтажных промышленных зданий могут быть одноветвевыми прямоугольного или двутаврового сечения и двухветвевыми.
В зависимости от места расположения колонн по отношению к наружным стенам различают колонны пристенные и средние.
Колонны для крановых пролетов состоят из двух частей: надкра- новой (надколонник), служащей для опирания несущих конструкций покрытия, и подкрановой — для передачи нагрузок на фундамент от покрытия, подкрановых балок, устанавливаемых на консольные площадки или выступы колонн.
Для установки и крепления несущих конструкций покрытия, подкрановых балок и стен в колоннах предусмотрены стальные закладные части в виде пластин / и заанкеренных болтов 2 (рис. 209). Сечение колонн зависит от высоты здания, размера пролета, а при наличии кранового оборудования — в значительной степени от грузоподъемности мостовых кранов. Типовые колонны могут быть сечением 40×40, 50 х 50 и 50 х 60 см. Двухветвевые колонны применяют в зданиях высотой более 10,8 м, оборудованных мостовыми кранами грузоподъемностью 10—50 Т. Нижняя (подкрановая) часть такой колонны, образуемая двумя ветвями, соединенными монолитно железобетонными распорками, позволяет использовать просветы между ветвями для пропуска санитарно-технических, энергетических и технологических коммуникаций. Ширина подкрановой части двухветвевых колонн принимается с таким расчетом, чтобы оси подкрановых балок совпадали с центрами тяжести сечения подкрановых ветвей.
Несущие конструкции покрытия, используемые иногда для устройства подвесного подъемно-транспортного оборудования, представляют собой сборные железобетонные балки или фермы с обычным или предварительно напряженным армированием. Тип несущих конструкций покрытия зависит от величины пролета, нагрузки на единицу длины несущей конструкции, типа кровли и грузоподъемности подвесного подъемно-транспортного оборудования. Пролеты в 6, 9 и 12 м при рулонных кровлях часто перекрывают балками с параллельными поясами или двускатными балками с уклонами верхнего пояса 1 : 12 (рис. 210). Устойчивость балок обеспечивается креплением их уширенной опорной части к стальным закладным деталям оголовков колонн. По верхней грани верхнего пояса балки через 1,5 м расположены стальные закладные детали 3, к которым приваривают закладные опорные детали сборных железобетонных плит покрытия (рис. 211, а).
Пролеты в 18, 24 и 30 ж чаще перекрывают фермами, вес которых при таких пролетах меньше, чем вес балок. Однако балки проще в изготовлении, при транспортировании и монтаже. В зданиях с указанными пролетами могут встретиться цельные или составные (из отдельных блоков) двускатные, полигональные, треугольные и сегментные фермы, а также фермы с параллельными поясами (см. рис. 210, б). Треугольные фермы в современном строительстве применяются для перекрытия неотапливаемых зданий с кровлями из асбестоцементных
Рис. 210. Сборные железобетонные балки и фермы покрытий:
а — балки двутаврового сечения; б— стропильные фермы; 1 — сегментная ферма; 2 — с параллельными поясами (для покрытий с нулевым уклоном); 3 — арочная (составная)
волнистых листов, а фермы с параллельными поясами — для плоских покрытий. В старых зданиях, где чаще всего применяли скатные крыши с крутыми уклонами, треугольные фермы являлись основным видом как в отапливаемых, так и в неотапливаемых производственных зданиях.
Наиболее экономичными являются цельные фермы с предварительно напряженной арматурой, изготовляемые из бетонов марок 300, 400 и 500.
При шаге колонн 12 ж и расположении несущих конструкций покрытия через 6 ж балки или фермы покрытий опирают на подстропильные конструкции (рис. 211, б), представляющие собой в современном строительстве предварительно напряженные железобетонные балки или фермы. Сопряжение таких конструкций с колоннами и основными несущими конструкциями покрытий осуществляют сваркой закладных деталей.
Рис. 211. Подстропильные конструкции:
а — схема расположения подстропильных конструкций; б — подстропильные конструкции; 1 — подстропильные балки; 2 — пролетные балки (или фермы); 3—закладные пластины; 4 — плиты покрытия; 5 — подстропильная ферма
Подкрановые балки
Подкрановые балки (рис. 212) служат для укладки по ним рельсовых путей под мостовые краны и являются продольными элементами каркаса, обеспечивающими его пространственную жесткость.
Для обеспечения нормальной эксплуатации мостовых кранов балки должны быть жесткими, прочными на действие динамических и тормозных усилий.
До внедрения в строительство сборного железобетона подкрановые балки выполняли из монолитного железобетона или из стали.
Сборные железобетонные подкрановые балки подразделяют по конструкции (на сплошные и составные), по форме сечения (на тавровые и двутавровые), по расположению вдоль кранового пути (на средние и крайние, примыкающие к торцовым стенам и деформационным швам).
В зависимости от грузоподъемности мостовых кранов и шага колонн применяют подкрановые балки из бетона М 200 с обычным армированием (для шага колонн 6 м) или из бетона марок 300 , 400 и 500 с предварительным напряжением и армированные высокопрочной струнной арматурой (для шага колонн более 6 ж и при тяжелых кранах).
Для установки и крепления балок к колоннам каркаса на концах их предусматривают стальные закладные детали, а для крепления рельса к балке в ее верхней полке закладывают коротыши газовых труб 0 = 1″, образующих гнезда для крепежных болтов. Крайние балки имеют дополнительные закладные детали для крепления к крайним, смещенным по условиям привязки (рис. 212) колоннам. Высота подкрановых балок зависит от пролета здания, шага колонн и грузоподъемности кранов. В соответствии с этим в зданиях, оборудованных мостовыми кранами, нашли применение подкрановые балки таврового сечения длиной 6 ж и высотой 800 и 1000 мм, а также двутаврового сечения длиной 6 ж и высотой 600, 800 и 1000 мм и длиной 12 ж и высотой 1200 и 1400 мм. Ширина полок таких балок 350—650 мм.
Рис. 212. Опирание и крепление подкрановых балок и рельса:
а и б — опирание железобетонных подкрановых балок; в — крепление кранового рельса; 1 — подкрановая балка; 2 — закладные детали балки; 3 — то же, колонны; 4 — стальная накладка; 5 — стальные пластины для соединения балок; 6 — анкерные болты; 7 — рельс; 8 — болт; 9 — лапка; 10 — упругая прокладка; 11 — бетон М200 для замоноличивания стыка; 12 — отверстия для крепления рельса
Составные подкрановые балки собирают из двух элементов длиной по 6 ж, соединенных между собой сваркой закладных стальных пластин. Зазор в 10 мм между двумя элементами швеллерного сечения заполняют цементным раствором.
Подкрановые балки устанавливают на консоли колонн, имеющие закладные опорные листы с анкерными болтами. Крепление балок к колоннам осуществляется сваркой закладных деталей в двух уровнях: внизу — на опорный лист, вверху —к закладной детали колонны в уровне полки балки. По длине балки сваривают с помощью стальных накладок, привариваемых к закладным деталям балок (рис. 212, а). Зазоры между торцами и плоскостью балок, а также между плоскостью колонны замоноличивают бетоном не ниже М 200.
Рельсы крановых путей укладывают на резиновые прокладки и крепят к балкам.
Для ограничения хода мостовых кранов на крайние торцовые подкрановые балки ставят упоры, прикрепляемые к балкам болтами (см. рис. 212).
Обвязочные балки
Обвязочные балки (рис. 213) применяют для опирания на них наружных стен в местах перепада высот зданий. В некоторых случаях их используют в качестве перемычек в наружных стенах.
Размеры поперечного сечения обвязочных балок зависят от шага колонн и толщины укладываемых на них стен. Сборные железобетонные обвязочные балки под стены толщиной менее 25 см делают прямоугольного сечения (рис. 213, б), а более 25 см —с четвертью («носиком»).
Балки опирают на специальные консоли колонн и крепят их к колоннам приваркой монтажных петель к закладным деталям колонн с помощью стальных планок.
Связи
Колонны, защемленные в фундаменты, и несущие конструкции покрытий, надежно соединенные с колоннами в узлах, образуют в направлении поперечных осей здания плоские рамы. Для обеспечения продольной пространственной жесткости каркаса, состоящего из плоских рам, применяют систему связей (рис. 214). Связи подразделяют на вертикальные и горизонтальные.
Вертикальные связи устраивают в каждом продольном ряду колонн, в середине температурного блока, ограниченного торцом здания и температурным швом или температурными швами (рис. 214, а). Простейшим видом связи при шаге колонн в 6 или 12 м являются крестовые связи из прокатных профилей стали. Крепление связей к железобетонным колоннам (рис. 214, б) осуществляют сваркой элементов связей с дополнительными закладными частями колонн.
Рис. 214 Вертикальные связи:
а — схема вертикальных связей по колоннам сборного железобетонного каркаса; б — крепление крестовой связи к колоннам; 1 — вертикальные крестовые связи; 2 — диафрагма; 3 — распорка; 4 — несущие конструкции покрытия; 5 — закладные детали; 6 — ось деформационного шва; 7 — накладки из обрезков швеллера (уголка); 8 — колонна
Для восприятия ветровых нагрузок на торец здания и усилий торможения мостовых кранов вертикальные связи устанавливают также между несущими конструкциями покрытий у торцовых стен и температурного шва, а оголовки всех остальных колонн продольного ряда связывают железобетонными распорками, имеющими сечение 150 X150 мм. Эти вертикальные связи в виде диафрагмы представляют собой железобетонные фермы с параллельными поясами и стоечной решеткой, образуемые элементами, имеющими сечение 150×150 мм.
Горизонтальные связи устраивают у торцовых стен для образования пространственного блока из двух несущих конструкций покрытия. Такой пространственный блок воспринимает ветровую нагрузку, действующую на торцовую стену. Крестовые связи из прокатной стали располагают в плоскости нижнего (иногда и верхнего) пояса. Связи по нижнему поясу ригеля рамы образуют так называемую ветровую ферму, опорные давления которой передаются распоркам вертикальных связей и далее — на все колонны и фундаменты температурного блока. Если ограждающими конструкциями покрытия являются сборные железобетонные плиты, соединенные с верхними поясами ферм или балок сваркой закладных деталей, то эти плиты обеспечивают устойчивость сжатого пояса несущих конструкций покрытия и без связей по верхнему поясу. При малой ширине верхнего сжатого пояса ригеля в покрытиях с фонарями может оказаться недостаточной горизонтальная устойчивость верхнего пояса ригеля против изгиба в своей плоскости в пределах ширины фонаря. Горизонтальные связи по верхнему поясу в этом случае устраивают в пределах фонаря в крайних пролетах температурного блока и соединяют их по коньку стальньийи тяжами или железобетонными распорками, работающими соответственно на растяжение или сжатие.
При эксплуатации, ремонте и реконструкции зданий следует помнить, что нарушение связей может повлечь за собой потерю пространственной жесткости конструкций или каркаса в целом.
Стальной каркас
В современном строительстве стальной каркас допускается только тогда, когда обоснованно доказана его необходимость и технико-экономическая нецелесообразность применения в данном случае сборного железобетонного каркаса. Конструктивная схема стального каркаса не отличается от конструктивной схемы железобетонного.
Колонны выполняют из листовой, профилированной стали (швеллер, двутавр, уголок) или комбинацией тех и других, связанных между собой стальными накладками. Колонна состоит из трех конструктивных частей: оголовка, ствола и базы (башмака), передающего нагрузку от стержня колонны на фундамент.
По конструкции различают колонны сплошные и сквозные (решетчатые). Сплошная колонна состоит из одного или нескольких вертикальных элементов, сваренных между собой по всей высоте колонны.
Сквозная колонна состоит из нескольких отдельных ветвей, соединенных между собой планками (рис. 215).
Для передачи нагрузки от мостовых кранов на колонны постоянного по высоте сечения устраивают консоли, на которые опирают подкрановые балки. При колоннах переменного сечения подкрановые балки опирают на опорные площадки колонн, совмещая ось подкрановой балки с геометрической осью центра тяжести сечения подкрановой ветви колонны.
Рис. 215. Конструкция сквозной стальной колонны: а, б — колонны крайнего и среднего рядов крановых пролетов; в — узел крепления решетки колонны; г — база колонны; 1 — шатровая ветвь; 2 — крановая ветвь; 3 — решетка; 4 — база (башмак); 5 — стальная подкрановая балка; 6 — тормозное устройство; 7 — фундамент; 8 — стропильная ферма
По условиям укладки фундаментных балок верхнюю часть стального башмака рекомендуется располагать на 500—600 мм ниже уровня пола, а соприкасающиеся с грунтом части колонн и башмаки обе- тонировать во избежание коррозии.
Стальные подкрановые балки могут быть сплошными и решетчатыми (рис. 216). Сплошные балки имеют двутавровое сечение и выполняются из крупных прокатных двутавров или сварными из листовой стали. Балки такого типа имеют значительную высоту (1/5—1/12 часть их пролета), и в целях увеличения жесткости стенка их усиливается ребрами жесткости. Решетчатые подкрановые балки называют подкрановыми фермами. Верхний пояс их делают из прокатного двутавра.
В зданиях с небольшими пролетами (6-12 м) в качестве несущих элементов покрытия могут служить стальные прокатные балки, прутновые прогоны (рис. 217, е), а при больших пролетах — стальные стропильные фермы различного геометрического очертания (рис. 217, а).
Рис. 216. Стальные подкрановые балки:
а — сечения балок; б — крановый путь; в, г — то же, для
кранов грузоподъемностью более 50 Т; 1 — сварной шов; 2 — железнодорожный рельс (типа III-A); 3 — крюки с гайками и пружинными шайбами; 4 — рельс КР; 5 — прижим; 6 — болт; 7 — прокат; 8 — коротыши уголков; 9 — рельс в виде приваренного к балке стального бруска
Рис. 217. Стальные стропильные фермы:
а—унифицированные двух- и односкатные стропильные фермы; б — способы опи- рания ферм; в — облегченная (прутковая) ферма; 1 — монтажный стык; 2 — пояса ферм (верхний и нижний); 3 — раскос решетки; 4 — раскос шпренгеля (для шпрен- гельного варианта ферм); 5 — фасонка; 6 — опорная стойка ферм; 7 — колонна; 8 — опорный столик
В типовых зданиях со стальным каркасом применяют унифицированные стальные фермы с размерами панелей, кратными модулю ЗОМ.
Крепление ферм к колоннам каркаса производят анкерными болтами к боковой поверхности колонн или на оголовок колонны. Установка ферм на оголовок колонны позволяет получить большую высоту помещения.
В большепролетных зданиях (более 30 м) в качестве стального каркаса могут служить стальные арки и рамы.
Пространственная жесткость каркаса в целом и устойчивость несущих стальных конструкций покрытия обеспечивается системой горизонтальных и вертикальных связей.
Горизонтальные связи конструкций покрытия (рис. 218) устраивают в плоскостях поясов ферм в виде решетки, связывающей пояса соседних ферм. Вертикальные связи размещают в плоскостях опорных стоек ферм и посредине пролета, чем достигается правильное расположение ферм в вертикальной плоскости. Связи по нижнему поясу у торцовых стен образуют опоры для стоек стенового каркаса.
Рис. 219. Деревянные балки покрытий:
а — гвоздевая дощатая балка с перекрестной стенкой; 6 — клееная двутаврового (или прямоугольного) сечения; 1 — стенка балки из двух слоев досок по 19 мм; 2 — верхний пояс из досок толщиной 40—50 мм; 3 — нижний пояс (40—50 мм); 4 — ребра жесткости; 5 — гвозди; 6 — болты; 7 — накладка
Связи по верхнему поясу ферм, совмещаемые в плане со связями по нижнему поясу, служат для обеспечения необходимой боковой устойчивости верхнего сжатого пояса ферм. Связи выполняют из прокатных профилей стали и крепят к несущим конструкциям покрытия.
Кроме рассмотренных каркасов, выполненных из железобетона или стали, в строительной практике встречаются одноэтажные промышленные здания с деревянным каркасом и здания, у которых несущий остов выполнен из разнородных материалов. Несущий остов может быть с железобетонными колоннами и стальным ригелем (фермами, балками). Каменные колонны бывают с покрытием по деревянным несущим конструкциям (фермам) или балкам (рис. 219).
Источник